Qu’est-ce qu’un amplificateur de charge ?
Les amplificateurs de charge convertissent les très petits signaux de charge générés par les capteurs piézoélectriques, qui sont difficiles à mesurer, en signaux de tension proportionnels.
Le signal de charge généré par un capteur piézoélectrique est précisément proportionnel à la pression appliquée au capteur piézoélectrique. Aussi, la mesure précise de cette valeur est très importante. Les amplificateurs de charge peuvent convertir le signal de charge généré par un capteur de pression en une tension qui est précisément proportionnelle à la charge.
Utilisations des amplificateurs de charge
1. Amplification des capteurs piézoélectriques
Les amplificateurs de charge sont utilisés pour effectuer des mesures avec des capteurs piézoélectriques. Ils sont utilisés lorsque les capteurs piézoélectriques sont installés dans des espaces confinés ou dans des environnements avec des températures ambiantes élevées. En effet, il s’agit de petits capteurs, certains présentent une résistance élevée à la chaleur, et sont souvent mesurés dans les environnements susmentionnés.
Les amplificateurs de charge sont également idéaux pour les mesures où la réactivité est requise. Les capteurs piézoélectriques mesurent des déplacements infimes et peuvent donc être fabriqués avec un haut degré de synthèse. Ils sont utilisés pour amplifier les déplacements infimes mesurés à l’aide d’amplificateurs de charge.
2. Autres
Ils sont largement utilisés dans les instruments de mesure des rayonnements ionisants, tels que les compteurs proportionnels et les compteurs à scintillation. Ces instruments détectent les rayonnements dans les phénomènes ionisants et mesurent l’énergie de chaque impulsion.
Les amplificateurs de charge peuvent être utilisés pour convertir les impulsions de charge provenant du détecteur en une sortie de tension, ce qui permet de mesurer chaque impulsion individuelle.
Principe des amplificateurs de charge
Comme nous l’avons déjà mentionné, les capteurs piézoélectriques génèrent une petite charge lorsqu’une pression est appliquée. Le rôle des amplificateurs de charge est de convertir cette petite charge en une tension mesurable.
1. Conversion de la charge
Les amplificateurs de charge convertissent la sortie de charge négative proportionnelle à la pression appliquée par le capteur piézoélectrique en une tension positive proportionnelle. Dans le cas des modèles récents, ce signal peut être utilisé directement sous forme numérique.
La conversion de la charge en un signal de tension est un signal qui peut être transmis à l’instrument de mesure (DAQ, analyseur FFT, oscilloscope, etc.) qui traite les données.
2. Mécanisme d’amplification
Un amplificateur intégrateur est utilisé lorsque l’amplificateur de charge convertit une petite charge en une tension. Si la capacité du condensateur de l’amplificateur d’intégration est Cg et que la charge d’une petite charge est Q, la tension V peut être trouvée par V = Q / Cg.
La configuration de l’amplificateur intégrateur de l’amplificateur de charge est un circuit composé d’un amplificateur opérationnel et d’un condensateur. Le courant entrant dans le condensateur est intégré dans le temps et le circuit amplifie la charge.
Toute la charge à l’entrée est chargée dans le condensateur. Un circuit similaire à l’amplificateur de charge est le circuit intégrateur. Il s’agit d’un circuit dans lequel l’entrée est dotée d’une résistance, qui est un circuit de conversion courant-tension. Il a la particularité d’intégrer la tension dans le temps et de l’amplifier.
3. Rejet du bruit et protection
Des filtres passe-haut et passe-bas sont prévus aux points de sortie de l’amplificateur de charge pour éliminer le bruit. Dans certains cas, une résistance est fixée à l’entrée du circuit d’amplification de l’amplificateur de charge. Cette résistance n’est pas destinée à la conversion courant-tension, mais à la protection contre les signaux d’entrée excessifs.
Choisir un amplificateur de charge
Dans la pratique, il est très important de sélectionner l’amplificateur de charge approprié en fonction de l’objet de la mesure afin d’effectuer des mesures précises. Les aspects importants de la sélection d’un amplificateurs de charge sont décrits ci-dessous.
1. Nombre de canaux de mesure
S’il y a plusieurs points de mesure, la mesure ne peut être effectuée sans plusieurs canaux de mesure. S’il n’y a pas assez de canaux de mesure, il est bien sûr possible d’effectuer des mesures en achetant plus d’amplificateurs de charge, mais cela est moins avantageux en raison du coût plus élevé et des travaux de réglage plus compliqués.
2. Taille du signal de charge pouvant être introduit
Il est également important de s’assurer que le capteur piézoélectrique est compatible avec des signaux de charge petits et grands. Naturellement, il n’est pas possible d’effectuer des mesures si les plages de mesure ne correspondent pas. Il est nécessaire d’introduire un amplificateur de charge dont la plage de mesure corresponde aux plans de mesure futurs.